高效優質切割技術

① CH427%，H256%，CO6%，N25%，CO23%，O21%，其他2%。 2. 氧氣氧氣在火焰切割中用量較大。我國絕大部分用的是瓶裝氣態氧，其缺點是質量不穩定，影響切割質量和效率且增加耗量，造成大量的鋼瓶和運輸時間的浪費。使用液氧其優越性相當大。由於氧在液體對儲量大、運輸效率高、氣體質量好、輔助時間少的優點，用於火焰切割可大大提高工作效率和切割質量，值得大力推廣。 2．火焰精密快速切割 火焰精密快速切割是近20年發展起來的一項新的切割工藝。它是將空氣動力學中的超音速噴管原理應用於割嘴的結構設計上，以提高切割氧流的出口速度和減少紊流度。使高速氧流激烈氧化切口的燃燒反應區金屬，並強烈沖刷切口的氧化熔渣，從而使切割速度和切割面質量得到顯著提高。切割面質量可達機加工的Ra12.5μm、Ra6.3μm，與普通切割比切割速度可提高30％以上。割縫變窄，耗氧量下降15％左右。可大大提高生產效率和降低成本。

精密快速切割關鍵在割嘴的切割氧孔道與普通割嘴不同。圖1表示超音速特型曲面割嘴切割氧孔道的特點。這種割嘴產生的氧流束紊流度低、能量損失小，在切割氧孔道超音速過渡段中能將氧流經過喉部產生的良好的徑向放射形泉流逐漸地平滑過渡到均勻、平行的超音速流束層。割嘴風線長，挺直、衝力強。精密快速切割的另一個關鍵是氧氣純度，氧氣純度從99.5％降低到98.0％，切割速度將下降25％，而氧耗量則增加50％。如將氧氣純度從99.5％提高到99.8％，切割速度可提高25%。而且切割質量也有提高。手工切割難以保證精密快速切割的效果。要顯示精密快速切割的優越性，必須用各種切割機來配合實現。按機械化的程度不同，切割機分類見表1。

由各種切割設備的配合，大大顯示了精密快速切割的優越性。可以切割各種複雜的零件，切割後可直接焊接，代替了部分機械加工。3．數控切割技術 數控切割技術是在精密快速切割工藝基礎上發展起來的一項自動化的高效切割技術。數控切割技術的重要部分是數控切割機，數控切割機由數控系統、編程系統、氣路系統及機械運行系統等部分組成。1．數控系統數控系統是切割機的重要組成部分，它由計算機系統、伺服系統、控制單元及執行機構組成。（1）計算機系統 由計算機主機、顯示器及鍵盤組成。計算機主機目前多採用工控機。顯示器均採用彩色顯示器。（2）伺服系統 是在計算機控制下對電動機進行閉環控制，以實現電動機的無級調速。因鋼板切割現場條件較差，切割速度不高，故伺服系統目前多採用交流伺服系統。交流伺服系統抗干擾能力強，尤其在低速情況下，優點更為突出。（3）控制單元 是計算機與手控切換，將手控和計算機控制信號進行邏輯處理的中心，即發出控制信號的中心，以實現計算機、各電動機及各電磁氣閥的控制。（4）執行機構包括各電動機和各電磁氣閥等。2．編程系統編程系統是為數控切割機開發的零件編程及套料的計算機輔助系統。可把整個生產過程（包括輔助過程）形成一個整體並系統地組織起來。用戶可在相互問答方式下，利用系統提供的多種圖形輸入手段，方便靈活地建立編輯零件圖形及實現鋼板套料。使現代生產手段與現代管理融為一體。編程機將程序編好在軟盤上面後輸人切割機的控制系統，啟動切割機即可進行切割。也可在切割機上進行簡單編程。3. 氣路系統氣路系統包括各供氣管路、閥門、減壓器、壓力表及電磁氣閥。各氣路的通斷均預先調好後由控制系統統一控制實現自動通斷。4．機械運行系統機械運行系統由橫樑、沿座、減速機構、升降機構等組成。由於實現了自動控制，對機械運行系統的精度提出了更高的要求。如機械運行直線度：10m±0.2mm。由於採用了計算機控制系統。可使整個切割生產過程：包括鋼板的校平、噴丸除銹、塗漆、烘乾、切割零件編程套料、噴粉劃線、零件切割、編號入庫等全部實現自動化管理。這樣就極大的提高了生產效率。配以精密快速切割工藝，切割質量可達機加工的Ra12.5μm、Ra6.3μm。使切割由機械下料躍為機械加工的一種工藝方法。 4．精密等離子弧切割技術 精密等離子孤切割技術是在普通等離子孤切割基礎上發展起來的。圖1為精密等離子弧切割割嘴原理。

精密等離子弧切割割嘴端面完全防護，使割嘴與工件完全絕緣。離子氣和保護氣以接力的方式進行作用。離子氣只作用到噴嘴就由別的通道排出，而後保護氣進行接力，杜絕了雙弧現象，使等離子孤的壓縮效果大大提高。等離子弧密度提高數倍。孤柱更細，切割質量大大提高。同時也防止了穿孔時切割飛濺對噴嘴的損害。精密等離子弧切割除割炬、割嘴具有如此先進的結構外還採取了恆定電流、恆定氣流的控制，從而保證了弧柱的穩定性。採取的雙氣保護以根據不同材料選擇不同氣體組合可獲得最佳切割效果。切割電源和割炬內採用吸熱效果好的冷卻液，極大提高冷卻效果。割炬自動調高，極大提高電弧穩定性。遠距離操作，大大降低高頻對數控系統的干擾。軟起弧大大提高電極壽命。由於採取以上種種措施，使得切割負載持續率達到100％。電極壽命提高許多倍。電極最高引抓可達1200次。切割速度和切割質量與普通等離子弧切割相比大大提高。精密等離子弧切割必須用於數控切割機上才能充分顯示出其優越性。 5．激光切割技術 激光切割是當前世界上先進的切割工藝。它的最大優點是由於激光光斑小，能量集中，所以切割的割縫小、無掛渣、幾乎沒有熱變形，切割面光潔度高。激光切割關鍵在激光源。切割厚度大小、切割質量優劣、切割穩定性如何等都取決於激光源的性能。通用的CO2工業激光源是用電場或高頻振蕩迫使密封在容器內的混合氣體處於激髮狀態，併產生受激輻射的單色光，此種光輻射在反射鏡及反射透射鏡之間往複反射，等積聚到足夠能量後由輸出透鏡射出。這種激光源電極距離工件遠且電極裝在激光束之中。電極易燒損，載流氣體消耗大，激光波長有干擾。工作電壓高（約10～25kV）形成操作上的不安全。激光源體積較大。維修比較複雜。易損件的消耗大。目前比較先進的是用高頻諧振方式激發混合氣體的激光源，這種激光源電極距離工件近且電極裝在激光束之外。與通用的CO2工業激光源相比電極幾乎沒有燒損。載流氣體消耗少。激光波長不受干擾。工作電壓低（約l～1.2kV），操作十分安全。激光器體積小，維修簡單。激光切割由於速度快、精度高，必須由微機控制的高速切割機來配合。現以德國TRUMPF公司的TLF2200和TLF2600激光發生器為例，表1和表2列出了激光器參數和切割參數。

6．高壓水射流切割 高壓水射流切割的原理是將水增至超高壓100～400MPa，經節流小孔（φ0.15～φ0.4mm),使水壓熱能轉變為射流動能（流速高達900mm/s）。用這種高速密集的水射流進行切割。磨料水射流切割則是再往水射流中混入磨料粒子，經混合管形成磨料射流進行切割。在磨料射流中，水射流作為載體使磨料粒子加速，由於磨料質量大、硬度高，磨料水射流較之水射流其射流動能更大，切割效能更強。磨料水射流切割設備的組成和流程如下：供水系統：是將水質軟化，使pH值達到6～8，並精濾到0.5μm以下。藍寶石水噴嘴的工作壽命取決於水質，直接用自來水時壽命僅為34h，用軟化水壽命為78h，用混合展軟水壽命高於200h。增壓系統：增壓系統是設備的關鍵部分，其核心是增壓器。增壓比一般選10：1～20：1。水在420MPa時將被壓縮12％。為使水壓穩定在±5％之內，需在增壓器與噴嘴之間設置蓄壓器。增壓缸和蓄壓缸都是超高壓壓力容器，因此要有足夠的疲勞強度和工作壽命。高壓水路系統：高壓水路連接增壓系統和切割頭裝置。要採用超高壓鋼管和旋轉接頭，鋼管要有撓性，各類接頭要小巧、可靠、靈活，旋轉接頭要有多種旋向型式和一定的工作壽命。磨料供給系統包括料倉、磨料、流量閥和輸送管。料倉形狀和料倉內的網篩要保證磨料供給通暢、不至堵塞。流量閥應能控制磨料流量的通斷和大小，還應能排除輸送管中的水分。切割頭裝置：切割頭包括高壓水開關閥和寶石質嘴、水/磨料混合室和混合管。混合管是易損件。以前用硬質含金製造，精切割時使用壽命約2h，粗切割壽命約10h。現改用工程陶瓷材料壽命高達20～100h。接收裝置：置於切割頭和工件的下方，用來收集切割剩餘射流。具有消能、降噪、防濺和安全等功能。射流暴露會產生高達42dB（A）的雜訊。設置接收裝置後，使雜訊被控制在80～90dB（A）以內。運動控制系統：高壓水射流切割是一種高精度的切割工藝方法，必須由高精度的切割設備來實現。目前的切割設備均是微機控制或由工業機器人操作，可實行五軸聯動。重複精度可達±0.05mm。高壓磨料水射流切割無塵、無味、無毒、無火花、振動小、雜訊低。尤其適合惡劣的工作環境和有防爆要求的危礆環境。它可以切割各種金屬、非金屬材料，各種硬、脆、韌性材料，如鈦鎳合金、陶瓷、玻璃、複合材料等。是目前世界上先進的切割工藝方法之一。
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